船舶仪表板智能化改造技术及应用

肖智烜，余勇林，蔡皓鹏，段世由，刘苏粤

（中船黄埔文冲船舶有限公司，广州 510715）

1 前言

近年来，信息技术已逐步融入工业经济，驱动和引领着各行各业的未来发展趋势。其中，智能化是实现行业技术进步的主要途径。随着船舶行业的发展,在大数据时代背景下,相关的智能化技术在船上的应用已逐渐增多,船舶智能化已成为船舶制造发展的必然趋势[1]。船舶仪表作为船舶航行依赖的工具，势必随着技术发展迎来新的变革。仪表在形式上的多样化，尺寸上的差异化，同时布置在驾驶室这种重要舱室，对仪表板整体的美观性就显得尤为突出了，如何将智能化技术应用于仪表板，是智能化船舶研究中的一个重要课题。

2 传统形式仪表板组成

2.1 仪表板组成

以某大型巡逻救助船为例。初始设计时，前仪表板包含1 个数字分罗经、1 个子钟、2 个主机转速表、2 个主机螺距表、2 个轴转速表、3 个侧推转速表，总计11 块仪表。上述仪表分别由4 个不同的生产商负责供货，在外形尺寸上也有所区别，见表1。

表1 某大型巡逻救助船仪表明细表

2.2 仪表箱外形

初始设计为仪表组装箱，由另外的生产厂商提供，其余4 个厂商提供仪表，发货至箱体制作厂家，由制作厂家负责仪表组装箱的整体设计及施工。原仪表箱的初始外观图，见图1。

图1 仪表箱外形图

3 智能液晶显示仪表板的组成

3.1 智能液晶仪表板组成

根据船东要求，该船修改为通过液晶显示的方式，显示所需的数据及其它功能要求。具体设计方案，由如下几方面组成：显示框架及安装设计；信号采集转换系统设计；图像界面功能分区设计。修改后的仪表板，由表2 中的材料组成。

表2 液晶仪表板组成明细表

45 吋一体机作为仪表板的显示分区，进行数据信息展示；采集分区则是依靠各数据采集模块等，获取需要进行展示的信息流；利用动态软件搭建数据展示平台，将数据更好地进行呈现。

3.2 系统框架结构

整套系统搭建的体系框架，如图2 所示。

图2 系统整体框架图

由三块45 吋一体机组成前仪表板的显示单元，用来显示采集到的数据，如水深、航速、时间、罗经方位角、风速风向、温度湿度、位置信号、左右主机转速、左右主机螺距、左右尾轴转速、3 个侧推转速信号等；另外，增加机舱监测报警信号及信息化系统信号，作为系统的冗余、备用信号。

表2 中所列的信号采集单元、调光单元及供电单元，考虑到检修及控制方便，将它们统一布置在前驾控台：一方面所需的信号和供电，在驾控台内可以就近获取；另一方面在夜航要求下，将调光单元布置在驾控台面也方便驾驶人员操作。

4 智能化改造技术

仪表板助航功能保留原有设计，并进行功能扩充，显示区域的内容确定为通导和机舱数据显示界面；基础部分确定后，适当增加其它信号来源，如增加了机舱监测信号和信息化信号，其包含的信号内容可以根据船东要求做适当调整，并不局限于某一特定的信号内容；在确定整体需要的功能后，一方面是构建显示系统的框架，其中包含显示器的选择、显示界面的设计；另一方面是搭建数据平台，包含采集信号、转换信号、传输信号。

4.1 显示屏选型和界面设计

显示屏的数量及尺寸，应在参考计程仪复示器、测深仪复示器、数字分罗经、主推进仪表、侧推仪表、子钟、气象仪显示器等仪器的显示界面后，由专业人员统一设计成风格一致的显示界面，并根据船员的观察和使用习惯，确定显示界面的表盘样式及字体大小，以方便观察和读数；再根据初步确定的显示界面，确定所需显示屏的数量及尺寸。参考《钢质海船入级规范》第8 篇第4 章中关于仪表布置及显示要求，所有仪表均应在工作站上按功能合理地设置，其位置应考虑操作人员的身体能力，并应符合公认的人体工程学原理[2]，因此在实际选择时，我们选用了单台尺寸为1 092 mmx353 mm 的45 吋显示一体机，共计3 台；从设备的宽度方向来看，与原仪表箱的面板宽度尺寸相差较小，即满足布置在驾驶室前顶的要求，又能保证使用人员的观察；从设备的数量和长度来看，在增加计程仪、测深仪、气象仪等信号后，如果按原仪表箱2 m 长度已不能满足信号显示的需求，即便在同等的长度下想要布置如此多的显示仪表，必然会使得显示界面样式和大小得到同步缩小，操作人员想要读取数据就不再方便了，因此选用3 台一体机，在显示和互动上将有更多的发挥空间。

4.2 液晶显示屏安装

根据用户要求，在液晶显示仪表板的两侧布置视频会议显示器和信息发布显示器，为保证整体的协调美观性，将液晶显示仪表板和2 个显示器并排安装，采用原传统仪表箱的箱体形式，将仪表板和显示器都安装在箱体之上，显示屏与箱体外框用螺栓连接固定。

4.3 信号采集平台搭建

信号采集平台设计，从需要采集的信号类型来看，需要采集的时间、气象、水深、航速、罗经信号，属于遵循通讯协议NMEA0 183 的串口信号；需要采集的主机转速、主机螺距、尾轴转速、侧推转速信号，属于模拟量信号。

信号采集表见表3，可分为通导串口信号、机舱模拟量信号：可选用2 个采集模块进行采集，方便信号区分及调试。

表3 信号接口表

信号采集后，就要考虑显示器终端对数据进行接收的问题了，两组不同的信号源，需要整合成什么类型，显示器终端才能更方便、更快捷地读取。在市面上购买的显示器，多数都已设置网口，网口的便利性和通用性已得到广泛认可，因此本船将采集的信号统一用网络数据打包发送至显示器终端。

机舱模拟量采集模块，选用了市面上常用的模拟量采集模块，型号为DAM-3158A，能够将采集的电压电流信号转换成RS485 信号输出；选用的通导串口服务器，型号为NDC-9P1L，能够将得到的RS485 信号转成网络信号输出至网络交换机，在交换机内完成信号的复制工作，将最后得到的3 个信号分别输入3 台一体机显示器；在一体机上通过预装的动态软件读取数据，将数据进行呈现展示；另外，机舱监测和信息化的网络信号，则作为信号的扩容冗余，数据通过网络打包发送至网络交换机，再送入显示器中。

4.4 系统功能验证

通过系泊及航行试验，已验证其航速、水深等船舶状态数据显示正常，无明显延迟。验证工作期间，用户对显示界面的样式、显示内容、显示主题等提出了相应的修改意见，通过软件改写重新植入，其显示样式及内容都能够按照要求很快修改到位，并设置了多种显示主题供船东切换选择，如白天、黑夜、自定义模式主题等，更多的选择及修改空间，赋予了仪表板更完善的使用功能；在设备安装维修层面，采集模块系统布置在前驾控台，打开检修门即可对模块进行接线及维修；显示器和仪表箱体通过螺栓连接，安装牢固，拆卸简单便利；整套系统通过显示采集分区设计，大大提高了系统的安全性和可靠性干涉在维护保养方面，简单实用，便于操作；在显示及切换功能上也更加灵活，在驾驶室使用液晶显示仪表，其美观性也得到极大的提升。

通过上述屏幕选型、采集信号转化、实践验证，已完成了智能化仪表箱整体的框架设计，其供电及调光系统设计相对难点较低，在此不展开阐述；电源单元及调光开关等都集中布置在前驾控台上，在船舶夜航情况下，显示屏上的数据仍然清晰可见，且画面亮度可调，能够保证夜航安全。

5 结束语

文中介绍了本船的仪表箱改造情况。传统的仪表板尺寸相对较小，能够容纳的仪表有限；智能液晶显示仪表尺寸相比前者大了不少，能够容纳更多显示信息，其功能灵活实用、分区明确、安全可靠，在美观性上也为船舶增光添彩，赋予了仪表板新的活力。但在看到其优点的同时，目前阶段其较大的体型是不容忽视的问题，同时在驾控台上只集成了采集模块，如果可以增加控制单元，对显示内容进行切换选择显示，将能够获得更优的使用体验。